TFT液晶顯示原理與技術

前言

　　以TFTLCD為代表的新型平板顯示器件和半導體集成電路是信息產業(yè)兩大基石，涉及技術面寬，產業(yè)帶動力大，是國家工業(yè)化能力和競爭力的重要體現(xiàn)?！　‘斍?，TFTLCD為代表的平板顯示技術正在快速替代以彩色顯像管（CRT）為基礎的傳統(tǒng)顯示技術，國內電視和顯示器產業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。2008年，全球液晶電視出貨已超過1億臺，占電視市場50％以上，預計2012年將超過80％。我國平板顯示產業(yè)起步晚，企業(yè)規(guī)模小，目前尚未形成32英寸以上大尺寸液晶電視面板規(guī)模的生產能力，大尺寸液晶顯示面板仍受制于人，多年積累的CRT電視和顯示器產業(yè)面臨嚴峻的替代危機。我國電視全球市場占有率從CRT。時代50％以上降至目前20％左右，其中液晶電視全球市場占有率不足8％，競爭優(yōu)勢正在喪失。這一尷尬局面也表現(xiàn)在工業(yè)和軍事科技等領域?！　×硪环矫?，以數(shù)字化、平板化和4C整合為特點的新一輪產業(yè)升級和重組已在全球范圍內展開。能否抓住機遇將直接影響到我國未來20年的產業(yè)競爭力。如果我國不發(fā)展TFT LCD產業(yè)，不僅會失去下一代產業(yè)更新?lián)Q代的機會，而且在微電子、光電子、核心材料、裝備和特種顯示等技術領域與國外的差距會進一步拉大?！　】上驳氖?，我國政府、企業(yè)、投資者、高校與科研機構對堅持自主創(chuàng)新和發(fā)展TFTLCD產業(yè)的戰(zhàn)略意義已形成共識。溫家寶總理在2008年政府工作報告中提出將新型顯示器列為國家重大高科技產業(yè)化專項，總理將顯示器產業(yè)列于年度工作報告中，足以表明政府的重視程度。在政府、企業(yè)界、高校、科研和投資機構攜手，經過多年艱苦努力，我國平板顯示產業(yè)已具有一定實力，為參與全球競爭奠定了發(fā)展基礎?！　FT LCD等新型平板顯示器產業(yè)是技術、資本和人才密集型產業(yè)，其中人才是關鍵要素。專業(yè)人才培養(yǎng)主要依靠大學和科研機構。日、韓各約有30所大學、中國臺灣也約有20所大學設有顯示及相關專業(yè)，每年培養(yǎng)數(shù)萬工程技術人員。就是這樣，全球人才仍然緊缺。中國大陸設有顯示相關專業(yè)的大學數(shù)量較少，這方面專業(yè)人才，特別是較為頂尖人才更緊缺。因此，推動顯示技術專業(yè)人才培養(yǎng)和成長，是企業(yè)、大學和科研機構共同的責任。田民波教授多年來致力于平板顯示技術研究，并承擔多項國家重要課題和國際合作項目，是備受尊敬的專家。

內容概要

TFT LCD液晶顯示器在平板顯示器中脫穎而出，在顯示器市場獨占鰲頭。目前以TFT LCD為代表的平板顯示產業(yè)發(fā)展迅速，為適應平板顯示產業(yè)迅速發(fā)展的要求，本書作者編寫了薄型顯示器叢書。    本冊闡述TFT液晶顯示的基本原理和技術，共分4章：第1章介紹液晶顯示的歷史和現(xiàn)狀；第2章以近乎動（畫）、漫（畫）的形式形象直觀地介紹了液晶材料和液晶顯示的入門知識；第3、4章是TFT LCD液晶顯示器的基礎，分別介紹了液晶化學與物理簡論、液晶顯示器及其顯示特性。本書內容系統(tǒng)完整、詮釋確切、圖文并茂、深入淺出，特別是本書內容源于生產一線，具有重要的實際指導意義和參考價值。    本書適合作為大學或研究所各相關專業(yè)的教科書，特別適合產業(yè)界技術人員閱讀。

書籍目錄

序前言第1章  液晶顯示的歷史和現(xiàn)狀  1.1  液晶的發(fā)現(xiàn)和液晶顯示的發(fā)明    1.1.1  液晶的發(fā)現(xiàn)    1.1.2  液晶在液晶顯示器中的關鍵作用    1.1.3  液晶顯示器的發(fā)明    1.1.4  液晶顯示器的發(fā)展史    1.1.5  各類電子顯示器的對比    1.1.6  電子顯示器與互聯(lián)網社會    1.1.7  液晶顯示器所涉及的學科體系  1.2  TFT LCD 20年發(fā)展回顧    1.2.1  實用TFT LCD的三次重大突破    1.2.2  TFT LCD產業(yè)化發(fā)展過程    1.2.3  多樣化技術支撐更大的產業(yè)    1.2.4  顯示屏尺寸的大型化    1.2.5  玻璃基板生產線的更新?lián)Q代    1.2.6  顯示品位的提高  1.3  TFT LCD研究開發(fā)的課題    1.3.1  擴大視角    1.3.2  提高響應速度    1.3.3  高質量動畫顯示技術    1.3.4  色表現(xiàn)技術    113.5  背光源的改進  1.4  TFT液晶及薄型顯示器產業(yè)    1.4.1  迅速擴展的薄型顯示器市場    1.4.2  信息社會中顯示器制品的應用領域    1.4.3  顯示器的市場規(guī)模第2章  液晶顯示入門  2.1  從液晶分子的基本單元談起    2.1.1  熱運動和凝聚力——決定物質狀態(tài)的兩大因素    2.1.2  流動性和各向異性——液晶用于顯示的兩個基本特性    2.1.3  膽甾醇分子的基本單元——苯環(huán)、碳氫鏈和OH基    2.1.4  安息香酸酯——最初發(fā)現(xiàn)的液晶    2.1.5  液晶分子的基本結構形態(tài)——板狀和棒狀液晶分子    2.1.6  液晶分子中各種各樣的極性基    2.1.7  液晶分子的三種基本排列方式  2.2  液晶分子與范德瓦耳斯力    2.2.1  藉由改變液晶分子的排列狀態(tài)實現(xiàn)液晶顯示    2.2.2  碳氫化合物中的范德瓦耳斯力    2.2.3  如何改良液晶材料的工作溫度    2.2.4  液晶分子的排列與范德瓦耳斯力    2.2.5  如何控制范德瓦耳斯力  2.3  試制一個液晶盒    2.3.1  電壓作用下的液晶分子    2.3.2  如何實現(xiàn)畫面顯示    2.3.3  不可缺少的透明電極    2.3.4  液晶盒的構成及顯示器的制作流程    2.3.5  玻璃基板的處理    2.3.6  透明電極的圖形化    2.3.7  液晶分子的排列方式和取向方法    2.3.8  做成液晶盒  2.4  偏振光和液晶的雙折射    2.4.1  液晶分子的結構和排列決定顯示器的類型和工作方式    2.4.2  橫波、縱波及全方位光（自然光）    2.4.3  液晶顯示器需要利用偏振光    2.4.4  單軸性晶體和雙折射    2.4.5  向列液晶的雙折射    2.4.6  偏光片的制作方法    2.4.7  電場效應雙折射型液晶顯示器的工作原理  2.5  螺旋排列液晶與手性液晶分子    2.5.1  如何認識膽甾相型（螺旋排列）液晶    2.5.2  螺旋排列在何種情況下才能出現(xiàn)？    2.5.3  左右對稱的液晶分子的結構    2.5.4  膽甾相型液晶分子的立體結構    2.5.5  不對稱碳的存在導致光學各向異性    2.5.6  圓錐形螺旋排列和平板形螺旋排列    2.5.7  光射入螺旋排列的物質會發(fā)生什么現(xiàn)象？    2.5.8  外加電壓作用在螺旋排列液晶上    2.5.9  螺旋光射入螺旋排列液晶會發(fā)生什么變化？  2.6  各種類型的液晶顯示器    2.6.1  液晶顯示器的各種不同工作方式    2.6.2  利用拆開螺旋排列進行顯示的液晶顯示器    2.6.3  扭曲向列型液晶顯示器    2.6.4  鐵電液晶型顯示器    2.6.5  賓-主（GH）型液晶顯示器    2.6.6  液晶的電阻    2.6.7  液晶的介電常數(shù)  2.7  彩色化及動畫顯示    2.7.1  透明電極    2.7.2  液晶顯示器的驅動與顯示    2.7.3  薄膜三極管（TFT）    2.7.4  實現(xiàn)彩色化的各種方式第3章  液晶化學與物理簡論  3.1  液晶材料基礎    3.1.1  液晶狀態(tài)    3.1.2  液晶分子    3.1.3  液晶物性  3.2  液晶顯示屏的基本結構及工作原理    3.2.1  顯示屏的基本構造及屏內液晶分子取向    3.2.2  取向處理與液晶分子的界面取向    3.2.3  利用液晶分子取向變化實現(xiàn)光透射強度開關  3.3  液晶顯示器的基本特征    3.3.1  閾值（臨界）電壓特征    3.3.2  時間響應特性    3.3.3  光學特性  3.4  灰階顯示特性及全色顯示原理    3.4.1  灰階顯示    3.4.2  全色顯示    3.4.3  畫質評價  3.5  顯示與視覺工學    3.5.1  人的視覺特性    3.5.2  人眼的順應特性    3.5.3  畫角（視場角）與臨場感    3.5.4  大尺寸與全高清（full HD）    3.5.5  清晰度與圖像分辨率    3.5.6  顯示性能與主觀評價指針第4章  液晶顯示器及其顯示特性  4.1  LCD的基本結構及分類    4.1.1  LCD的基本結構    4.1.2  LCD的分類    4.1.3  LCD顯示原理    4.1.4  LCD彩色顯示  4.2  液晶顯示器的顯示性能    4.2.1  圖像分辨率    4.2.2  像素數(shù)與顯示屏顯示規(guī)格    4.2.3  像素節(jié)距    4.2.4  顯示尺寸（顯示區(qū)域）    4.2.5  寬高比    4.2.6  開口率    4.2.7  灰階與顯示色數(shù)    4.2.8  對比度    4.2.9  液晶顯示器的壽命    4.2.10  液晶顯示器顯示性能匯總  4.3  液晶顯示器顯示性能的改進    4.3.1  透射率及提高亮度的措施    4.3.2  視角及增大視角的措施    4.3.3  響應速度及提高響應速度的措施  4.4  玻璃母板尺寸和畫面尺寸的發(fā)展趨勢    4.4.1  玻璃母板尺寸越來越大    4.4.2  關于液晶生產線的“代”    4.4.3  畫面向寬屏發(fā)展，像素向高精細化發(fā)展    4.4.4  生產設備由批量式到單片式  4.5  采用新結構、新材料、新技術的液晶顯示器    4.5.1  采用新結構的液晶顯示器    4.5.2  采用新材料的液晶顯示器    4.5.3  采用新技術的液晶顯示器  4.6  液晶顯示器的最新技術動向    4.6.1  液晶電視用TFT LCD    4.6.2  中小型TFT LCD    4.6.3  In-Cell化技術    4.6.4  全球金融危機下的液晶顯示器產業(yè)參考文獻薄型顯示器常用縮略語注釋

章節(jié)摘錄

　　在液晶顯示器中，液晶材料的使用量是極少的。對于12型（畫面對角線為12英寸，即30cm）液晶顯示器來說，大約是230mg，若一滴眼藥按50mg計，僅僅是5滴眼藥的程度。　　液晶材料用量是如此之少，卻又起著不可替代的作用，足以看出液晶對于液晶顯示器的重要性?！　?.1.2.2 對液晶材料要求的特性　　液晶顯示器中使用的液晶材料，需具備下述特性，而為了改善視覺特性，以獲得便于觀視且賞心悅目的液晶顯示器，所述項目也是進一步開發(fā)提高的重點。　?、匐妷海航档万寗与妷?，減少功耗；　?、跍囟龋簲U大從低溫到高溫穩(wěn)定的工作溫度范圍；　?、垧裕ざ龋簩獎赢嬶@示等，響應特性的改善；　?、苷凵渎剩赫{整色調，以獲得鮮艷且白色純正的顯示效果；　?、莞纳崎_關ON／OFF的響應特性，提高對比度等。　　為滿足上述多方面的要求，對于實際用于液晶顯示器的液晶來說，一般是以酯系、聯(lián)苯系、席夫堿系液晶母材為基礎，由多種材料調和而成的?！　￡P于新型液晶材料的開發(fā)，請見8.4 節(jié)及9.4.4 節(jié)。　　1.1.3 液晶顯示器的發(fā)明　　1.1.3.1 液晶顯示器是科學和技術進步的產物　　在GeorgeFreidel之后，液晶研究暫時步入低潮，也有人說，1930-1960年期間是液晶研究的空白期（表1-1）。究其原因，大概是由于當時沒有發(fā)現(xiàn)液晶的實際應用。但是，在此期間，半導體電子工學卻獲得長足進展。為使液晶能在顯示器中應用，透明電極的圖形化以及液晶與半導體電路一體化的微細加工技術必不可缺。隨著半導體工學的進步，這些技術早已不在話下。20世紀40年代，開發(fā)出硅半導體，利用傳導電子的n半導體和傳導空穴的p型半導體構成pn結（pnjunction），，發(fā)明了二極管和三極管。在此之前，在電路中為實現(xiàn)從交流到直流的整流功能，要采用真空二極管，而要實現(xiàn)放大功能，要采用真空三極管。這些大而笨重的器件完全可以由半導體二極管和三極管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體，特別是極薄的膜層中，即可實現(xiàn)整流、放大功能，從而電子回路實現(xiàn)了小型化。　　接著，光加工技術實現(xiàn)了包括二極管、三極管在內的電子回路圖形的薄膜化、超微細化。這種技術簡稱為光刻（photolithography）。photo即光，lithography意為石版畫。photolithography除表示照相技術之外，還有在像石頭那樣的硬板上利用光加工制作“巖畫”的技術。

編輯推薦

　　叢書特點　　TFT LCD是多元知識和技能的總匯，涉及專業(yè)包括物理和化學、光學、材料、色彩工程、驅動電路、制程技術等多學科的原理和技術應用?！　”鞠盗兄骷骖櫾砼c技術，產業(yè)制造與發(fā)展前景，適合專家研究與新入門者學習參考，更以深入淺出的文字及圖解加深讀者的理解。

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